Что называют расстоянием между двумя данными точками

Как найти расстояние между двумя точками?

Расстоянием между точками также называют прямую,
у которой одна из точек это начало, а соответственно
другая конец. Найти расстояние между этими
двумя точками, значит найти длину прямой,
связывающей точки.

Есть много разных способов найти расстояние между
двумя точками, но самый универсальный, на мой взгляд,
это найти расстояние взяв за основу Теорему Пифагора.
Исходя из этой теоремы, можно сказать, что в нашем
случае расстоянием(прямой), является гипотенуза,
а чем тогда являются точки, сейчас разберемся.

Формулировка великой Теоремы Пифагора звучит так:
в прямоугольном треугольнике квадрат гипотенузы равен
сумме квадратов катетов. Или же кратко, формулой:
\( c^2 = a^2 + b^2 \) где c — это гипотенуза, a и b — катеты.

Формулировка этой теоремы применяется почти всегда и везде,
где нужно найти расстояние от чего-то до чего-то. Сейчас, мы
используя эту теорему найдем расстояние между точками.

На рисунке 1 мы изобразили для наглядности
прямоугольный треугольник, с координатами
которые мы взяли для примера. На рисунке 2
тот же самый прямоугольный треугольник,
только без координат! Эти два прямоугольных
треугольника идентичные, поэтому вернемся
к Теореме Пифагора.

Заменяем длины катетов a и b, из Теоремы Пифагора,
на разность координат точек. ​Взгляните на формулу,
которая получилась:

Подставляем наши координаты:

В итоге получилось, что расстояние в нашем примере
равно 5(корень из 25). Как видите все просто, и вы можете
смело применять эту формулу, решая не только задачи,
но и на практике, находя расстояние зная только две точки.

Источник

Расстояние между двумя точками онлайн

С помощю этого онлайн калькулятора можно найти расстояние между точками по известным координатам этих точек. Дается решение с пояснениями. Для нахождения расстояния между точками задайте размерность (2-если задача рассматривается в двухмерном пространстве, 3- если задача рассматривается в трехмерном пространстве), введите координаты точек в ячейки и нажмите на кнопку «Решить». Теоретическую часть смотрите ниже.

Предупреждение

Расстояние между двумя точками на прямой

Пусть заданы на оси OX точки A с координатой x_a и B с координатой x_b (Рис.1). Найдем расстояние между точками A и B.

Расстояние между точками A и В равно:

Поскольку расстояние от O до В равна x_b, а расстояние от O до A равна x_a, получим:

На рисунке 2 точки A и В находятся по разные стороны начала координат O. B этом случае рассояние между точками A и B равно:

Поскольку координата точки A отрицательна а координата точки B положительна, то (2) можно записать так:

На рисунке 3 точки A и В находятся c левой стороны начала координат O.

B этом случае рассояние между точками A и B равно:

Из формул (2),(4),(6) следует, что независимо от расположения точек отностительно начала координат рассояние этих точек равна разности координат этих точек, причем от большего значения вычитается меньшее (так как расстояние не может быть отрицательным числом).

Формулы (2),(4),(6) можно записать и так:

Решение. Для нахождения расстояния между точками A и B воспользуемся формулой (7):

Расстояние между двумя точками на плоскости

Пусть на плоскости задана декартова прямоугольная система координат XOY и пусть на плоскости заданы точки A и B, где A имеет координаты (x_a,y_a), а B имеет координаты (x_b,y_b) (Рис.4).

Учитывая результаты предыдующего параграфа, можем найти расстояние между точками A и M, а также расстояние между точками B и M:

ABM является прямоугольным треугольником, где AB гипотенуза, а AM и BM катеты. Тогда, исходя из теоремы Пифагора, имеем:

Тогда, учитывая (8), получим:

Решение. Для нахождения расстояния между точками A и B воспользуемся формулой (9). Подставляя координаты точек A и B в формулу (9), получим:

,

Ответ: .

Расстояние между двумя точками в пространстве

Рассмотрим в пространстве, в декартовой прямоугольной системе координат точки A и B, где A имеет координаты (x_a,y_a,z_a), а B имеет координаты (x_b,y_b,z_b) (Рис.5).

AB является диагональю параллелепипеда, грани которго параллельны координатным плоскостьям и проходят через точки A и B. Но AB является гипотенузой прямоугольного треугольника AMB, а AM и BM являются катетами этого прямоугольного треугольника. Тогда, по теореме Пифагора, имеем:

Учитывая, что BM равно разности третьих координат точек B и A, получим:

Из предыдующего параграфа следует, что:

Но AM=A’B’. Тогда из (10) и (11) следует:

Пример 3. В пространстве задана декартова прямоугольная система координат XOY и точки \( \small A(x_a; \ y_a ;\ z_a)=A(5;1;0) \) и \( \small B(x_b, \ y_b, \ z_b)=B(-8,-4;21). \) Найти рассояние между этими точками.

Решение. Для нахождения расстояния между точками A и B воспользуемся формулой (12). Подставляя координаты точек A и B в формулу (12), получим:

,

Ответ: .

Источник

Как определить расстояние между двумя точками?

В данной статье рассмотрим способы определить расстояние от точки до точки теоретически и на примере конкретных задач. И для начала введем некоторые определения. Расстояние между точками – это длина отрезка, их соединяющего, в имеющемся масштабе.

Задать масштаб необходимо, чтобы иметь для измерения единицу длины. Потому в основном задача нахождения расстояния между точками решается при использовании их координат на координатной прямой, в координатной плоскости или трехмерном пространстве.

Расстояние от точки до точки: формулы, примеры, решения, формула расстояния между двумя точками

Расстояние между точками на координатной прямой

Исходные данные: координатная прямая Ox и лежащая на ней произвольная точка А. Любой точке прямой присуще одно действительное число: пусть для точки А это будет некое число хA, оно же – координата точки А.

В целом можно говорить о том, что оценка длины некого отрезка происходит в сравнении с отрезком, принятым за единицу длины в заданном масштабе.

Если точке А соответствует целое действительное число, отложив последовательно от точки О до точки по прямой ОА отрезки – единицы длины, мы можем определить длину отрезка OA по итоговому количеству отложенных единичных отрезков.

Если точка A имеет в качестве координаты рациональное число, то от начала отсчета (точка О) мы откладываем целое число единичных отрезков, а затем его необходимую часть. Но геометрически не всегда возможно произвести измерение. К примеру, затруднительным представляется отложить на координатной прямой дробь 4111.

Резюмируя: расстояние от начала отсчета до точки, которой соответствует действительное число на координатной прямой, равно:

При этом очевидно, что сама длина отрезка не может быть отрицательной, поэтому, используя знак модуля, запишем расстояние от точки O до точки A с координатой xA: OA=xA

Верным будет утверждение: расстояние от одной точки до другой будет равно модулю разности координат. Т.е. для точек A и B, лежащих на одной координатной прямой при любом их расположении и имеющих соответственно координаты xA и xB : AB=xB-xA.

Расстояние между точками на плоскости

Исходные данные: точки A и B, лежащие на плоскости в прямоугольной системе координат Oxy с заданными координатами: A(xA, yA) и B(xB, yB). Проведем через точки А и B перпендикуляры к осям координат Ox и Oy и получим в результате точки проекции: Ax, Ay, Bx, By. Исходя из расположения точек А и B далее возможны следующие варианты:

Сформируем вывод из полученного результата: расстояние от точки А до точки В на плоскости определяется расчётом по формуле с использованием координат этих точек: AB=(xB-xA)2+(yB-yA)2

Полученная формула также подтверждает ранее сформированные утверждения для случаев совпадения точек или ситуаций, когда точки лежат на прямых, перпендикулярных осям. Так, для случая совпадения точек A и B будет верно равенство: AB=(xB-xA)2+(yB-yA)2=02+02=0

Для ситуации, когда точки A и B лежат на прямой, перпендикулярной оси абсцисс: AB=(xB-xA)2+(yB-yA)2=02+(yB-yA)2=yB-yA

Для случая, когда точки A и B лежат на прямой, перпендикулярной оси ординат: AB=(xB-xA)2+(yB-yA)2=(xB-xA)2+02=xB-xA

Расстояние между точками в пространстве

Рассмотрим общий случай, когда точки A и B не лежат в плоскости, параллельной одной из координатных плоскостей. Проведем через точки A и B плоскости, перпендикулярные координатным осям, и получим соответствующие точки проекций: Ax, Ay, Az, Bx, By, Bz

Расстояние между точками A и B являет собой диагональ полученного в результате построения параллелепипеда. Согласно построению измерения этого параллелепипеда: AxBx, AyBy и AzBz

Из курса геометрии известно, что квадрат диагонали параллелепипеда равен сумме квадратов его измерений. Исходя из этого утверждения получим равенство: AB2=AxBx2+AyBy2+AzBz2

Используя полученные ранее выводы, запишем следующее: AxBx=xB-xA, AyBy=yB-yA, AzBz=zB-zA

Преобразуем выражение: AB2=AxBx2+AyBy2+AzBz2=xB-xA2+yB-yA2+zB-zA2==(xB-xA)2+(yB-yA)2+zB-zA2

Итоговая формула для определения расстояния между точками в пространстве будет выглядеть следующим образом: AB=xB-xA2+yB-yA2+(zB-zA)2

Полученная формула действительна также для случаев, когда:

Расстояние между точками на координатной плоскости — формулы и расчеты

Аналитическая геометрия — важная ветвь математики, которая позволяет рассчитать любые характеристики расположения объектов в пространстве, например, углы и дистанции.

Формула расстояния между точками на координатной плоскости является основным инструментом, применяемым при решении ряда задач в двумерном пространстве.

Система координат

Прежде чем говорить о расстоянии между точками по координатам, следует ввести систему отчета, в которой каждый геометрический объект можно будет однозначно определять.

Для этой цели часто используют декартову систему координат. Она представляет собой взаимно перпендикулярные прямые, на каждой из которых отмечены единичные отрезки.

Именно в них определяется положение тел в пространстве, на плоскости или на прямой линии. Для названных трех случаев декартова система координат отличается количеством осей:

Единичные отрезки на координатных осях в общем случае могут иметь разную длину. Однако ввиду симметричности пространства и для удобства выполнения практических расчетов применяют, как правило, единичные отрезки равной длины. Каждому из них соответствует единичный вектор.

Понятие о векторе

Чтобы уметь вычислять расстояние от точки до точки по координатам, удобно пользоваться понятием вектора. Из школьного курса геометрии известно, что под ним принято понимать отрезок, имеющий некоторое определенное направление. Обозначают его в виде прямой линии конечной длины, на конце которой изображена стрелка.

Пользу использования указанного геометрического объекта трудно переоценить. Например, в физике все величины делятся на 2 большие группы:

К первым относятся масса, электрический заряд, энергия и другие. Вторая группа более обширная. Здесь следует назвать скорость, ускорение, силу тока, напряженности магнитного и электрического полей, силу любой природы и многие другие.

Характеристики объекта

Как любой геометрический объект, вектор обладает набором математических свойств, которые используются при решении задач. Основные из них:

Для всех свойств существуют определяющие их правила. Например, при осуществлении вычитания вектора a- из b- необходимо соединить концы этих объектов отрезком и направить его к концу a-, тогда получается результирующий вектор разницы.

Умножение a- и b- векторным способом является полезной операцией при определении площадей и объемов фигур. Для ее выполнения следует уметь работать с матрицами второго и третьего порядка, в частности, знать, как рассчитывается детерминант (определитель).

Универсальный способ

Речь идет о координатном представлении нульмерных, одномерных, двумерных и трехмерных геометрических фигур. Параметры точек, треугольников, квадратов, прямых, плоскостей и других более сложных объектов могут быть однозначно выражены в виде наборов чисел, привязанных к соответствующей координатной системе.

Поскольку существует задача определения расстояния от точки до точки по координатам, имеет смысл рассмотреть только указанный одномерный объект и вектор.

Точка на плоскости

Первое число здесь означает количество единичных отрезков, которые необходимо отсечь на оси x, второе значение — на оси y. Точка D лежит в начале координат, то есть на пересечении x и y. В общем случае удобно обозначить произвольную точку Q (x0; y0).

Направленный отрезок в двумерном пространстве

На плоскости координаты направленного отрезка так же, как и точки, представляют собой набор двух чисел. Оба обозначают число отрезков единичной длины, которые следует отложить на каждой оси, чтобы получить проекции вектора на x и y.

На плоскости и в трехмерном пространстве всего 2 точки однозначно определяют направленный отрезок. Если его начало переместить в пересечение осей x и y, его конец легко можно найти, вычитая соответствующие координаты точек друг из друга. Следующий простой пример демонстрирует сказанное.

Даны точки A (x1; y1), B (x2; y2), тогда AB- будет иметь координаты: AB- = B — A = (x2-x1; y2-y1).

Вторая точка показывает место расположения конца AB-.

Формула дистанции

Имея полученные представления и знания о свойствах точек и векторов, можно перейти к вопросу нахождения формулы расстояния. Согласно геометрическому определению, под дистанцией между двумя точками понимают длину отрезка, который их соединяет. Эта величина также равна модулю вектора, построенного на нульмерных объектах.

Длину направленного отрезка на плоскости определить просто: необходимо возвести в квадрат каждую его координату, сложить полученные значения, и взять квадратный корень из результирующей суммы. Для вектора a- (x; y) длина будет равна следующей величине: |a-| = (x 2 + y 2 )^0,5.

Возведение суммы в степень 0,5 эквивалентно взятию из нее квадратного корня. Поскольку определение координат вектора по соответствующим значениям точек известно, можно получить следующую простую формулу для A (x1; y1) и B (x2; y2): |AB-| = ((x2-x1)^2 + (y2-y1)^2)^0,5.

В трехмерном пространстве соответствующее выражение будет иметь подобную форму, только добавится третья координата z.

Расстояние между Q и прямой

Полученные знания можно с легкостью применять для решения разнообразных задач по геометрии. Часто приходится находить дистанцию между точкой и прямой. Определить эту величину можно, если знать направляющий вектор прямой. Предположим, что он имеет следующие координаты: a- (x1; y1). Прямая проходит через A (x2; y2). Точка задается так: Q (x0; y0).

В параметрическом виде прямая записывается следующим образом: (x;y) = (x2;y2) + t*(x1;y1).

Здесь t — параметр, который может принимать любое действительное число. Это выражение позволяет записать равенство (1): (x-x2)/x1 = (y-y2)/y1 (1).

Пусть точка P (x;y) является проекцией Q (x0;y0) на прямую, тогда расстояние PQ является искомой дистанцией, которую следует найти по условию задачи. Поскольку вектора PQ- и a- перпендикулярны друг другу, их скалярное произведение будет равно нулю (угол между векторами равен 90 градусов, его косинус равен нулю). Исходя из этих рассуждений, можно записать выражение (2): (x-x0)*x1 + (y-y0)*y1 = 0 (2).

Поскольку имеющиеся равенства (1) и (2) содержат 2 неизвестные переменные, объединение их в систему и решение ее позволит определить точку P (x;y). Зная ее координаты и используя формулу дистанции между двумя точками на плоскости, можно получить искомое расстояние PQ.

Пример задачи

Чтобы определить направляющий вектор, достаточно взять 2 любые точки на прямой. Подставляя в выражение произвольные значения x, можно определить эти точки A, B и вместе с ними направляющий вектор AB-:

Вектор QP-, который пересекает прямую под прямым углом, должен подчиняться следующему уравнению (свойство скалярного произведения):

В это выражение нужно подставить значение y из уравнения прямой.

Получается:

Рассчитанное значение округлено до сотых долей и выражается в единицах единичных векторов координатной системы.

При решении подобных задач для сокращения последующих вычислений рекомендуется проверять принадлежность точки прямой, для чего следует подставить координаты в уравнение. Если этот факт подтверждается, искомое расстояние равно нулю.

Углы треугольника

Польза от использования формулы дистанции между точками на плоскости наглядно показывается на примере решения задач на нахождение углов фигур. Пусть нужно определить все углы треугольника, который построен на вершинах A (x1;y1), B (x2;y2), C (x3;y3).

На первый взгляд сложная задача решается легко, если вспомнить о понятии векторного произведения. Например, для векторов AB- и AC- записывается оно так:

Произведение [AB-*AC-] является вектором, который находится как детерминант матрицы третьего порядка. Его модуль, а также длины |AB-| и |AC-| вычисляются по формуле расстояния между двумя точками.

Чтобы определить угол при вершине A треугольника, остается взять функцию арксинуса от отношения векторного произведения к произведению длин сторон AB и AC.

Источник

Что называют расстоянием между двумя точками?

Калькулятор Расстояние между двумя точками, онлайн расчет позволяет рассчитать расстояние между двумя точками A и B на плоскости по их координатам.

Формулы вычисления расстояния между двумя точками:

AB = √ ( xb – xa )2 + ( yb – ya )2

AB = √ ( xb – xa )2 + ( yb – ya )2 + ( zb – za )2

Расстояние между точками на координатной прямой

Исходные данные: координатная прямая Ox и лежащая на ней произвольная точка А. Любой точке прямой присуще одно действительное число: пусть для точки А это будет некое число хA, оно же – координата точки А.

В целом можно говорить о том, что оценка длины некого отрезка происходит в сравнении с отрезком, принятым за единицу длины в заданном масштабе.

Если точке А соответствует целое действительное число, отложив последовательно от точки О до точки по прямой ОА отрезки – единицы длины, мы можем определить длину отрезка OA по итоговому количеству отложенных единичных отрезков.

Если точка A имеет в качестве координаты рациональное число, то от начала отсчета (точка О) мы откладываем целое число единичных отрезков, а затем его необходимую часть. Но геометрически не всегда возможно произвести измерение. К примеру, затруднительным представляется отложить на координатной прямой дробь 4111.

Резюмируя: расстояние от начала отсчета до точки, которой соответствует действительное число на координатной прямой, равно:

Система координат

Прежде чем говорить о расстоянии между точками по координатам, следует ввести систему отчета, в которой каждый геометрический объект можно будет однозначно определять. Для этой цели часто используют декартову систему координат. Она представляет собой взаимно перпендикулярные прямые, на каждой из которых отмечены единичные отрезки. Именно в них определяется положение тел в пространстве, на плоскости или на прямой линии.

Для названных трех случаев декартова система координат отличается количеством осей:

Единичные отрезки на координатных осях в общем случае могут иметь разную длину.

Однако ввиду симметричности пространства и для удобства выполнения практических расчетов применяют, как правило, единичные отрезки равной длины. Каждому из них соответствует единичный вектор.

Калькулятор расстояния между двумя точками

Этот калькулятор определяет расстояние (называемое также метрикой) между двумя точками в одномерном, двумерном, трехмерном и четырехмерном евклидовом, чебышёвском и манхэттенском пространствах.

Координаты первой точки

Координаты второй точки

Поделиться ссылкой на этот калькулятор, включая входные параметры

Введите значения для расчета и нажмите кнопку Рассчитать

Источник

Конвертер величин

Калькулятор расстояния между двумя точками

Этот калькулятор определяет расстояние (называемое также метрикой) между двумя точками в одномерном, двумерном, трехмерном и четырехмерном евклидовом, чебышёвском и манхэттенском пространствах.

Введите значения для расчета и нажмите кнопку Рассчитать

Определения и формулы

Прямоугольная (декартова) система координат

Прямоугольная система координат носит имя французского философа и математика Рене Декарта, так как именно он ввел эту систему в своей работе «Геометрия» (фр. La Géométrie), опубликованной на французском языке в 1637 г. в Лейдене (Нидерланды) совестно с тремя другими книгами, включая «Рассуждения о методе» (фр. Discours de la méthode pour bien conduire sa raison, et chercher la verité dans les sciences), которая больше всего известна по знаменитой цитате «Je pense, donc je suis» — «Я мыслю, следовательно, я существую».

В прямоугольной системе координат каждая точка на плоскости однозначно определяется двумя числовыми координатами, которые являются расстояниями до точки от двух перпендикулярных осей, измеренными в одинаковых единицах. Ось x называется абсциссой, а ось y — ординатой. Эти два числа называется соответственно координатами x и y заданной точки.

Изобретение прямоугольной системы координат дало толчок к развитию аналитической геометрии — науки, использующей систему координат для построения фигур или тел. В аналитической геометрии кривые и формы описываются алгебраическими функциями, которые облегчают расчеты. Декартова система координат позволяет использовать относительно простые алгебраические уравнения для простых линий, плоскостей и трехмерных фигур. Числовое представление кривых и объемных фигур в аналитической геометрии удобно для их последующей компьютерной обработки.

Декартова система координат часто используются в реальных жизненных ситуациях — например, в вашем смартфоне двумерная система прямоугольных координат используется для показа изображений и отслеживания движений пальцев.

А трехмерная прямоугольная система координат с тремя осями может использоваться для описания положения точки на Земле или над Землей. Эта система вращается вместе с Землей. Начало такой системы координат (нулевая точка с координатами 0; 0; 0) находится в центре масс Земли. Ось z направлена от центра на Северный полюс. Ось x направлена от центра на экватор в точку его пересечения с нулевым меридианом и перпендикулярна оси z. Она указывает на долготу 0°и широту 0°. Ось y геоцентрической системы координат направлена от центра Земли вдоль линии, перпендикулярной осям z и x и, в соответствии с правилом правой руки, указывает на долготу 90° и широту 0°.

Поскольку метр вначале определялся как одни десятимиллионная часть расстояния от экватора до Северного полюса (10 000 км или ¼ длины окружности Земли, приблизительно равной 40 000 км), а километр является одной десятитысячной частью этого расстояния, километр представляется хорошим выбором единицы измерения для геоцентрической системы координат. Описанная выше система координат получила название привязанная к Земле геоцентрическая система координат.

Метрики и метрические пространства

Когда мы говорим о расстоянии в математике, мы всегда упоминаем метрику, которая также называется функцией расстояния. Метрикой называется функция, которая определяет расстояние между каждой парой элементов во множестве, которое является коллекцией объектов и само рассматривается как объект. Множество, в котором определена метрика, называется метрическим пространством. Метрическое пространство — математический объект, в котором расстояние между двумя точками точно определено и имеет смысл. Множество, в котором такая функция не определена, не является метрическим пространством.

Метрика, как числовая функция, удовлетворяет минимальным требованиям к расстоянию, которое мы обычно представляем себе как длину перемещения между двумя точками

Знакомое нам евклидово пространство с метрикой в форме евклидова расстояния, которое мы изучали в средней школе — это один из примеров метрического пространства. Другими примерами является метрические пространства с метриками расстояния городских кварталов (манхэттенское расстояние, метрика такси), чебышёвского расстояния и расстояния Минковского. Есть даже такая экзотическая метрика как метрика SNCF (Национальная компания французских железных дорог), в которой, если нужно добраться на поезде из точки А в точку В, наиболее эффективным способом будет добраться из точки А до Парижа, а оттуда добраться до точки В.

Метрики расстояния широко используются в алгоритмах машинного обучения для улучшения процессов классификации и информационного поиска. Например, они помогают классифицировать и узнавать изображения в системах распознавания изображений. Эта статья была написана во время пандемии COVID-19 и поэтому мы можем даже сказать, что использование метрик расстояния в системах распознавания лиц помогает отслеживать распространение вируса, так как эта технология обеспечивает быстрый неконтактный метод идентификации лиц, которые известны как носители вируса COVID-19, а также людей, которые были с ними в контакте.

Отметим, что, хотя мы говорим о расстоянии, «расстояние» в этом контексте означает не только то, как далеко друг от друга находится объекты в пространстве. Метрика расстояния между объектами — это одна из основных вычислимых функций, используемых в программах машинного обучения. В приложениях машинного обучения часто необходимо определить как близко друг к другу находятся два объекта данных. Например, апельсин похож на яблоко, потому что он сферический. В то же время апельсин похож на баскетбольный мяч, потому что они оранжевые. Цвет и форма — характеристики объектов, их можно выразить в цифровом виде и различие между ними будет являться «расстоянием» между объектами.

Для надежного сравнения предметов нужно описать их математически, в виде чисел, и тогда мы превратим нашу задачу в набор объектов, различные характеристики которых будут описываться числами. Затем, чтобы определить насколько они похожи, мы определим «расстояние» между ними. В нашем случае мера расстояния — это численная оценка, которая описывает относительное различие между объектами в наборе.

В компьютерной науке расстояния между объектами множества можно определять с использованием любых количественных мер или переменных, например, высоты, возраста, веса или температуры. Годится любая переменная, которую можно измерить и выразить числом. Например, если имеется набор нескольких объектов с различными температурами, мы можем сказать, что «расстояние» между объектами с разницей температур в 1 °С меньше, чем расстояние между объектами с разницей температур 2 °С. Или можно рассмотреть объекты с различными температурами и весами и измерить «расстояния» между ними с использованием этих двух количественных переменных для каждого объекта в наборе. Конечно, в этом контексте можно рассматривать и реальные расстояния между объектами, выраженные в единицах длины.

Евклидово расстояние

Евклидово расстояние между двумя точками в двумерном и трехмерном пространстве представляет собой прямую линию, соединяющую две точки. Это очевидный способ представить расстояние между двумя точками. Поскольку в евклидовом пространстве имеется функция, определяющая евклидово расстояния в виде прямой линии, евклидово пространство считается метрическим. Это исторически первое метрическое пространство в математике. Позднее, с развитием математической и физической наук появились другие метрические пространства. Евклидово расстояние, называется также расстоянием L², так как это частный случай расстояния Минковского второго порядка, которое мы рассмотрим ниже.

Для определения расстояния в двумерном пространстве можно использовать теорему Пифагора. Для точек p и q с координатами (x₁, y₁) и (x₂, y₂) в двумерном пространстве (на плоскости) евклидово расстояние определяется по формуле

В трехмерном пространстве евклидово расстояние между двумя точками p и q с координатами (x₁, y₁, z₁) и (x₂, y₂, z₂) определяется как

Конечно, трудно понять даже четырехмерное пространство, не говоря уже об n-мерном пространстве, потому что наши чувства слишком ограничены. Если, например, в трехмерном пространстве многогранник составляется из плоских многоугольников, то в четырехмерном пространстве политопы (многогранники в n-мерном пространстве) составляются из трехмерных многогранников. Например, «гиперграни» гиперповерхности четырехмерного куба, называемого тессерактом, представляют собой трехмерные кубы.

Интересно сравнить сечения двумерных, трехмерных и четырехмерных объектов. Если двумерный объект пересекает одномерная прямая, мы наблюдаем сечение, которое представляет собой отрезок этой линии. Если рассмотреть сечение плоскостью трехмерного объекта, например, куба, мы можем наблюдать один из нескольких многоугольников: треугольник, трапецию, пятиугольник и шестиугольник. Тип многоугольника зависит от количества пересекаемых поверхностей: если плоскость пересекает три поверхности куба, получается треугольник, если четыре — трапеция (помним, что квадрат и прямоугольник — частные случаи трапеции); пять пересекаемых граней куба дают пятиугольник и шесть — шестиугольник.

А что получится, если «разрезать» четырехмерный объект трехмерным объектом, например, если мы возьмем трехмерный куб и разрежем им четырехмерный куб, называемый тессерактом? Мы оставляем читателям возможность ответить на этот вопрос самостоятельно. Подсказка: при построении сечения четырехмерной сферы трехмерной сферой получается трехмерная сфера.

До начала XIX в. считалось, что единственным правильным способом определения расстояния является способ, которым пользовался Евклид. Однако в XIX веке математики начали исследовать другие версии геометрии, которые выглядели необычно. Конечно, в таких привычных областях техники как архитектура или геодезия без евклидовой геометрии не обойтись. В то же время, физики и математики поняли, что пришло время создания неевклидовых геометрий. Во многих случаях бывает удобно не применять евклидову геометрию и измерять расстояния иным образом.

Немецкий математик Герман Минковский ввел несколько других видов геометрии, основанных на различных методах измерения расстояния между точками пространства. Выступая перед делегатами съезда немецких естествоиспытателей и врачей в Кёльне, Минковский начал доклад ставшими знаменитыми словами, что «Отныне пространство само по себе и время само по себе должны сделаться всецело тенями и только особого рода их сочетание должно еще сохранить самостоятельность».

Ниже мы очень кратко рассмотрим несколько неевклидовых геометрий. Отметим, что мы не будем здесь затрагивать пространство-время Минковского и поговорим только о расстоянии Минковского.

Расстояние Чебышёва

Расстояние Чебышёва между двумя n-мерными точками или векторами — это максимальный модуль разности координат этих точек. Для прямоугольной системы координат расстояние Чебышёва между двумя точками можно определить как сумму абсолютных значений разностей их прямоугольных координат. Расстояние Чебышёва называется также максимальной метрикой и метрикой L_∞. Метрика названа в честь русского математика Пафнутия Чебышёва, который известен работами по механике, статистике, аналитической геометрии и теории чисел.

Расстояние Чебышёва оценивает абсолютный максимум значения разности между координатами (или иными количественными свойствами) пары объектов. Расстояние Чебышёва между двумя точками p и q с координатами p_i и q_i равно

Например, рассмотрим две точки в трехмерном пространстве p (x₁,y₁,z₁) = p (2,3,4) и q (x₂,y₂,z₂) = q (5,9,11). Чебышёвское расстояние между этими точками p and q равно

Расстояние Чебышёва называют также метрикой шахматной доски, так как минимальное число ходов, которое нужно сделать королю, чтобы перейти из одного поля в другое, равно расстоянию Чебышёва между центрами полей при условии, что поля шахматной доски имеют единичную длину стороны квадрата и координатные оси выровнены с краями шахматной доски. Это связано с тем, что король может делать ход на соседнее поле в любом направлении: влево, вправо, вверх, вниз и по диагонали. Отметим, что расстояние Чебышёва для ходов по диагонали равно расстоянию для ходов по вертикали и горизонтали. Например, расстояние Чебышёва для перемещения короля e4—g6 равно 2.

Расстояние Чебышёва также широко применяется в программировании промышленных роботов, если их манипуляторы могут с одинаковой скоростью двигаться в восьми направления вдоль осей y и y, а также по диагонали.

Манхэттенское расстояние

Формула евклидова расстояния удобна для измерения теоретических расстояний. Однако в реальной жизни, например, в городе, в большинстве случаев невозможно двигаться от одной точки до другой по прямой. Заборы, здания, улицы не позволяют это сделать и приходится двигаться по улицам, которые часто бывают расположены в виде регулярной сетки. В городе удобнее пользоваться манхэттенским расстоянием, так как оно позволяет рассчитывать расстояние между двумя точками данных на регулярной координатной сетке, например, среди городских кварталов или на шахматной доске, где между двумя точками может быть много путей с одинаковым манхэттенским расстоянием. Оно называется манхэттенским, потому что большинство улиц на Манхэттене расположены в строгом порядке, за исключением, разве что, Бродвея, который появился до создания регулярной планировки улиц.

Манхэттенское расстояние известно также под названием «метрика такси», «расстояние городских кварталов». метрика L¹, расстояние L₁, метрика прямоугольного города и другими. Формула для манхэттенского расстояния между двумя точками p и q с координатами (x₁, y₁) и (x₂, y₂) имеет вид:

Обобщенная формула для манхэттенского расстояния в n-мерном векторном пространстве имеет вид:

Расстояние Минковского

Расстояние Минковского между двумя точками в n-мерном пространстве — обобщение манхэттенского, евклидова и чебышёвского расстояний:

где λ — порядок метрики Минковского. Для различных значений λ расстояние Минковского рассчитывается тремя способами:

Можно рассчитывать и с промежуточными значениями λ, например λ = 1,5, при которых получается нечто среднее между двумя метриками.

Источник